机械5

牵引绞车及其控制系统设计【含CAD图纸】 绞车，是用卷筒缠绕钢丝绳以提升或牵引重物的轻小型起重设备。本设计以零件疲劳理论和线性累积损伤假说为理论基础，运用静力学的普遍原理，分析和解决了绞车运动过程中的一些受力和运动问题，力求最优化和最可靠设计绞车减速器和卷筒。在最普遍绞车传动方式和结构的基础上，运用位置传感和水位传感技术，采用PLC控制，实现了牵引绞车根据水位提升和下放泵房的自动控制和手动控制。 本文主要介绍了绞车的发展历史，用途，组成及工作原理；牵引绞车的工作特点；设计的一般步骤；使用中存在的问题及改进措施。在本次牵引绞车的设计过程中，着重对减速器、卷筒进行了分析和设计。对重要的部件进行了受力分析、强度的校核，根据其常见失效形式、影响因素及基本设计要求，给出了重要部件的受力分析、强度和刚度的设计方法。 目录 1概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.1绞车的应用............................................... 1 1.2绞车的发展概况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.3国外绞车概况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.4绞车发展趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2绞车的计算基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.1绞车工作级别划分的理论基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.2绞车的工作级别与类别．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.2.1利用等级．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 2.2.2载荷状态．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.2.3绞车工作级别的划分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 2.3绞车计算载荷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.3.1额定拉力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.3.2当量拉力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.3.3静强度计算拉力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.3.4动载系数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.3.5试验拉力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.3.6许用应力和安全系数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.3.7零件强度的可靠性计算安全系数和许用应力．．．．．．．．．．．．．．．．13 3钢丝绳的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 3.1概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 3.1.1安全系数法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 3.1.2选择系数法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 3.2钢丝绳选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 3.3钢丝绳在卷筒上的固定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 3.3.1钢丝绳在卷筒上的固定方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 3.3.2钢丝绳固定端承载能力验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19 3.3.3钢丝绳的出绳方向及其偏角．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20 4卷筒设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21 4.1卷筒结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21 4.2卷筒容绳尺寸参数计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 4.2.1卷筒节径．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 4.2.2卷筒边缘直径．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 4.2.3卷筒容绳宽度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22 4.2.4卷筒筒壳厚度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 4.2.5卷筒端侧板厚度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 4.3卷筒的受力分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 4.3.1钢丝绳拉力与卷筒支撑处反力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 4.3.2由钢丝绳拉力产生在筒壁上的转矩．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 4.3.3卷筒筒壁的径向压力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24 4.3.4钢丝绳对端侧板产生的轴向推力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 5减速器的设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.1传动方式的拟定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 5.2电动机的选型设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27 5.3总传动比及传动比分配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28 5.3.1总传动比．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28 5.3.2传动比分配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28 5.4传动装置运动参数计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 5.4.1各轴转速计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 5.4.2各轴功率计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 5.4.3各轴扭矩计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 5.5齿轮参数计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31 5.5.1开式齿轮齿面接触疲劳强度设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31 5.5.2开式齿轮齿根弯曲疲劳强度校核计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33 5.5.3齿轮其他主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34 5.6轴的设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35 5.6.1轴的材料选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35 5.6.2轴的设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35 5.7滚动轴承的选择及校核计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45 5.7.1轴承的类型选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45 5.7.2滚动轴承常见的失效形式及计算准则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45 5.7.3滚动轴承的校核计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46 5.8键连接的校核计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48 5.9联接螺栓的校核计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50 5.9.2螺栓剪切强度校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50 5.10减速器的润滑和密封．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50 5.10.1减速器的润滑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50 5.10.2减速器的密封．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51 5.11减速器箱体及附件的选型设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51 5.11.1减速器箱体的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51 5.11.2减速器附件的选型设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51 6联轴器与制动器的选型设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54 6.1联轴器的选型设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54 6.2制动器的选型设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55 6.2.1制动器的选型计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．56 7牵引绞车控制系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57 7.1牵引绞车降压起动．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57 7.2绝对式旋转编码器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57 7.2.1绝对式旋转编码器的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57 7.2.2绝对式旋转编码器的特点与应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．58 7.2.3绝对式旋转编码器的选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．59 7.2.4绝对式旋转编码器的机械安装使用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．60 7.2.5编码器脉冲转换．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61 7.3水位传感器的选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61 7.4可编程控制器控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62 7.4.1PLC的主要功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62 7.4.2PLC的特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62 7.4.3被控绞车的工作情况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63 7.4.4PLC选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64 7.4.5PLC控制系统图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．65 7.4.6I/O接线及I/O分配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．65 7.4.7PLC自动控制程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．66 7.5提高PLC控制系统可靠性的措施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．70 7.5.1PLC安装的环境条件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．70 7.5.2PLC的抗干扰措施．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．70 设计总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74 翻译部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．75 英文原文．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．75 中文译文．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．80 致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．85